Bufor/zasobnik ciepła w instalacji grzewczej

W dzisiejszym artykule chciałem przedstawić Wam fajną koncepcję bufora ciepła, który pozwala na magazynowanie ciepła w instalacji grzewczej i jednocześnie przyczynia się do oszczędności w kosztach ogrzewania domu.

Bufor może być instalowany niemal w każdej instalacji centralnego ogrzewania, bez względu na to, jakie źródło ciepła ją zasila, i czy ciepło dostarczane jest do pomieszczenia przez grzejniki, czy ogrzewanie podłogowe.

Bufor ciepła spełnia jednocześnie funkcję sprzęgła hydraulicznego i zasobnika ciepła. Jest to nic innego jak odpowiednio duży, dobrze zaizolowany zbiornik, wypełniony tą samą wodą, która nagrzewa się w kotle i oddaje ciepło w grzejnikach. Dobry bufor jest tak skonstruowany, że można go napełniać z kilku niezależnych źródeł ciepła, ale też można to ciepło pobierać na kilka różnych sposobów.

Większości z nas znany jest zasobnik ciepłej wody użytkowej. Taki zasobnik z elektryczną grzałką to przecież popularny bojler / terma. Bufor ciepła wygląda bardzo podobnie, choć cel jego istnienia jest nieco inny. Rzecz jasna ciepłą wodę produkować też może.

Na widocznej obok fotografii przedstawiony jest zasobnik ciepła podłączony do instalacji grzewczej. Oprócz samego zbiornika o pomalowanej na niebiesko izolacji cieplnej widać też pompę obiegową i jakiś sterownik, prawdopodobnie regulujący temperaturę wody zasilającej instalację centralnego ogrzewania ciepłem z zasobnika.

Cel istnienia bufora/zasobnika ciepła

Producenci buforów twierdzą, że ich zainstalowanie w instalacji centralnego ogrzewania pozwoli na oszczędności paliwa sięgające 20 a nawet 30%! Ja aż takim optymistą nie jestem (w końcu nie produkuję i nie sprzedaję takich urządzeń), ale i tak chciałbym bufor ciepła wykorzystać w swoim domu. O tym będzie później, teraz pora na fakty — albo przynajmniej na coś, co jest jako fakty przedstawiane.

Bufor ciepła ma za zadanie:

• magazynować nadwyżki ciepła produkowanego przez kocioł w ilości przekraczającej chwilowe zapotrzebowanie,
• magazynować ciepło tak, aby można było z niego korzystać również wtedy, gdy kocioł nie pracuje,
• umożliwiać pracę kotła w zakresie jego optymalnej sprawności,
• pozwalać na wykorzystanie ciepła z kolektorów słonecznych do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej, nawet gdy temperatura czynnika ogrzanego w kolektorze jest relatywnie niska (niewiele wyższa, niż temperatura powracającego czynnika z instalacji, a niższa niż temperatura zasilania),
• i w ogóle pozwala na połączenie w jednej instalacji kilku różnych źródeł ciepła, np. kominka z płaszczem wodnym i kotła gazowego, z awaryjnym ogrzewaniem elektrycznym.

Tyle jeśli chodzi o listę zalet bufora. Teraz wyjaśnienie, skąd się one biorą. Przede wszystkim z warstwowego układu temperatur.

Zasada działania zasobnika ciepła

Zasobnik ciepła działa nieco podobnie do zasobnika ciepłej wody użytkowej. W szczegółach chciałbym to opisać na przykładzie poniższego rysunku, który przedstawia schemat takiego multiwalentnego zasobnika ciepła. Multiwalentnego, bo można go ładować z kilku źródeł ciepła. A ciepło można wykorzystać zarówno do grzejników, jak i do ogrzewania podłogowego, zbiornik pozwala także przygotować ciepłą wodę użytkową.

Jak wspomniałem, źródłem wszystkich zalet takiego bufora ciepła jest warstwowy układ temperatur. Ciepła woda znajduje się na samej górze zbiornika, jako najlżejsza. Dolne warstwy zbiornika to woda najzimniejsza. Woda ma taką przyjemną właściwość, że podgrzewana od góry niechętnie przekazuje ciepło w dół. Dlatego jeśli w takim zbiorniku nie zrobimy jakiegoś zamieszania, woda pozostanie rozdzielona na warstwy cieplejsze i zimniejsze. To pozwala pobierać dość ciepłą wodę ze zbiornika nawet wtedy, gdy jest on prawie „rozładowany” — czyli wtedy, gdy warstwa ciepła jest stosunkowo cienka. Zaleganie najzimniejszej wody na dnie pozwala na oddawanie ciepła przez chłodny czynnik roboczy z kolektora słonecznego.

Teraz kilka słów na temat rysunku. Idąc od góry, 1 oznacza przyłącze, którym zbiornik ładowany jest przez wysokotemperaturowe źródło ciepła. Czyli na przykład kocioł na paliwo stałe albo kominek z płaszczem wodnym. Kotły na paliwo stałe powinny pracować przy możliwie wysokich temperaturach, co pozwala na skuteczne spalanie paliwa i nie dopuszcza do powstawania sadzy w kominie. Z tego miejsca pobieramy również wodę do grzejników, albo do pętli ogrzewania podłogowego, koniecznie przez zawór trójdrożny (mieszający). Numer 2 to wężownica do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Powinna być zabezpieczona zaworem termostatycznym, jako że temperatura wody w najwyższej warstwie może się zmieniać w dość szerokim zakresie. Oczywiście zimną wodę podajemy od dołu wężownicy. Numer 3 to elektryczna grzałka. Wstawić ją można w dowolne miejsce. Wcale nie jest konieczna, ale ponieważ nie jest droga, warto ją zainstalować. Jak ktoś ma turbinę wiatrową w ogrodzie, grzałka pozwoli łatwo zagospodarować nadwyżkę prądu z tejże turbiny. Posłuży też jako źródło dość taniego ciepła, jeśli wykorzystywana byłaby wyłącznie w czasie nocnej strefy taryfowej. Punkt nr 4 to powrót wody z grzejników albo pętli ogrzewania podłogowego (w tym drugim przypadku zapewne warto byłoby ją umieścić niżej). Numerem 5 oznaczona jest wężownica podłączona do kolektora słonecznego, a nr 6 to przyłącze kierujące wodę do kotła centralnego ogrzewania.

Współpraca zasobnika ze źródłami ciepła

Taki zasobnik ciepła jest wybawieniem dla posiadaczy kotłów na paliwa stałe. Umożliwia im bowiem bezproblemową pracę w warunkach przejściowych temperatur. Wtedy kocioł zmuszony jest pracować przy niższej mocy grzewczej, niż ta, w której osiąga najwyższą sprawność. Kocioł „widząc”, że woda w instalacji za bardzo się rozgrzała, ogranicza ilość dostarczanego powietrza do komory spalania, co powoduje zmniejszenie mocy cieplnej, ale również występowanie niecałkowitego i niezupełnego spalania. Efektem tego jest dość duża zawartość substancji palnych w spalinach — tlenek węgla jest toksyczny, a nie spalone substancje smoliste przyczyniają się mocno do oklejania komina sadzą. Zamiast więc zmuszać kocioł do pracy przez całą dobę przy ograniczonej wydajności, zasobnik pozwala mu na pracę przez krótszy czas, ale przy największej mocy. To pozwala na zwiększenie sprawności spalania — choć nie przypuszczam, by oszczędności z tego powodu miały sięgnąć aż 30%…

Magazynowanie nadwyżki ciepła sprawdza się świetnie również w przypadku pompy ciepła. Mianowicie, bufor pozwala pompie na uruchamianie się rzadziej, ale na dłuższy czas. Ponieważ większość silników elektrycznych najwięcej prądu zużywa w trakcie rozruchu, takie podejście poprawia efektywność działania pompy ciepła. Że nie wspomnę o tym, że przyczynia się również do przedłużenia żywotności takiej pompy…

Po co komu bufor?

Mnie osobiście po to, żebym mógł odpalić kominek tylko na kilka godzin a ciepłem cieszyć się przez całą następną dobę. Marzy mi się zbiornik o pojemności rzędu 3 000 litrów, który jest w stanie zmagazynować aż niemal 200 kWh. Chciałbym mieć dom niskoenergetyczny, aby taka ilość ciepła wystarczyła mi na co najmniej dobę ogrzewania.

Bufora nie kupię na pewno, bo ceny takich urządzeń są porażające. Raczej zdobędę materiał gdzie będzie to możliwe i zamówię jego wykonanie wedle moich wymagań. Jak się okazuje, budowa bufora na własną rękę chodzi po głowie nie tylko mnie.

Foto: RTPeat, na licencji Creative Commons. Rysunek: mój.

Artykuły powiązane tematycznie:

1. Pytania o bufor ciepła Kilka dni temu dostałem e-mailem szereg pytań odnośnie bufora /...
2. Elektryczne, wodne, podłogowe i kominek w jednej instalacji! Również i dziś odpowiem na łamach bloga na przesłane e-mailem...
3. Solarne pompy ciepła Od kiedy dział o ogrzewaniu wyodrębniłem do osobnego bloga, staram...
4. Dlaczego pompy ciepła lubią ogrzewanie podłogowe? Jako jedną z wad pomp ciepła podaje się niekiedy wyższy...
5. Pompy ciepła powietrze-woda Pompy ciepła powietrze-woda polecane są tym inwestorom, którzy chcą mieć...